28425.重力場(chǎng)強(qiáng)對(duì)水平管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的影響研究

1、StudyontheinfluenceofgravityonthegasliquidflowinhorizontalpipeAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheProfessionalDegreeofMasterofEngineeringBYLiZhenyaSupervisedbyChenYongpingSchoolofEnergyandEnvironmentSoutheastUnive

2、rsityMay2014摘要摘要在航天探測(cè)活動(dòng)中，航天器長(zhǎng)期運(yùn)行在不同于地球表面地球重力條件的重力場(chǎng)強(qiáng)中(如沿穩(wěn)定軌道飛行的航天器內(nèi)殘余重力g墨10go，木星表面重力g≈2390)，而水平管道中的氣液兩相流動(dòng)在以上重力場(chǎng)強(qiáng)環(huán)境中的規(guī)律顯然不同于地表地球重力情況。因此，研究重力場(chǎng)強(qiáng)對(duì)氣液兩相流的影響機(jī)理，特別是對(duì)流道內(nèi)各介質(zhì)流動(dòng)分布特性(如流型、空隙率分布與波動(dòng)等)的影響機(jī)理，將對(duì)航天器氣液兩相流裝置的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。本論文的

3、主要研究?jī)?nèi)容及研究結(jié)論如下：(1)基于VOF方法，建立二維水平管內(nèi)氣液兩相流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬研究了不同重力環(huán)境中不同表觀流速下水平管內(nèi)氣液兩相流流型，研究水平管內(nèi)充分發(fā)展段截面含氣率分布和波動(dòng)規(guī)律，繪制微重力場(chǎng)下不同表觀速度下的氣液兩相流流型圖。并且，本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了所建立的理論模型的正確性。研究結(jié)果表明：重力場(chǎng)強(qiáng)的升高促進(jìn)浮力作用增強(qiáng)，致使流動(dòng)過(guò)程中的氣泡(氣塞)更容易在水平管路的上部聚并，從而導(dǎo)致流型變化；重力場(chǎng)的增強(qiáng)導(dǎo)

4、致垂直于流體流動(dòng)方向的截面含氣率峰值對(duì)應(yīng)高度y上移，液相工質(zhì)厚度不斷增大，氣液界面的平均位置上升；不同重力條件下的截面含氣率波動(dòng)信號(hào)的功率譜密度與概率密度曲線呈現(xiàn)出不同形態(tài)，隨著重力場(chǎng)的增大，截面含氣率波動(dòng)信號(hào)功率譜密度曲線峰值對(duì)應(yīng)的頻率下降，截面含氣率波動(dòng)信號(hào)的概率密度分布區(qū)間減小。(2)設(shè)計(jì)搭建地球重力場(chǎng)下氣液兩相流可視化實(shí)驗(yàn)臺(tái)，觀察地球藿力下不同表觀速度下的8mm水平管內(nèi)氣液兩相流流型特征，驗(yàn)證本文所建立的理論模型的正確性，對(duì)比分

5、析微重力與地球重力場(chǎng)下不同表觀速度下的氣液兩相流流型，揭示重力場(chǎng)強(qiáng)對(duì)水平管內(nèi)氣液兩相流流型的影響機(jī)制。研究結(jié)果表明：在地球重力條件下水平管內(nèi)氣液兩相流流動(dòng)中，重力對(duì)其流動(dòng)特征及流型的產(chǎn)生與轉(zhuǎn)換往往起著主導(dǎo)作用，因而產(chǎn)生了微重力條件下所沒(méi)有出現(xiàn)的分層流與波狀流；同時(shí)，重力導(dǎo)致流動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)性，使得地球重力條件下8mnl水平管內(nèi)氣液兩相流出現(xiàn)的泡狀流、塞狀流、彈狀流等流型與微重力相比呈現(xiàn)出明顯的氣體上浮，液體沉積現(xiàn)象；地球重力條件下，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)